Автомобильные эксплуатационные материалы. Рекомендации для подготовки студентов к экзамену, зачету. Учебное пособие

8.1. Эксплуатационные требования к качеству охлаждающей жидкости

Охлаждающие жидкости в процессе работы двигателя нагреваются до температуры 80…90 °C, а при форсированном режиме работы – до 100 °C. При длительных остановках они охлаждаются до температуры окружающего воздуха. Давление в системе охлаждения двигателей становится близко к атмосферному, что способствует испарению и увеличению потерь охлаждающих жидкостей.

Впроцессе применения охлаждающие жидкости контактируют

сразличными конструкционными материалами. Детали двигателей и системы охлаждения (радиаторы, водяные насосы и др.) изготавливают из черных и цветных металлов и их сплавов (алюминий, медь, латунь и др.). Кроме этого, в системах охлаждений используются резиновые соединительные и уплотнительные детали.

Поэтому, исходя из назначения и условий применения, охлаждающие жидкости в автомобильных двигателях должны удовлетворять следующим требованиям:

•иметь большую теплоемкость и хорошую теплопроводность;

•высокую температуру кипения и теплоту испарения;

•обладать низкой температурой кристаллизации;

•иметь малый коэффициент объемного расширения;

•обладать подвижностью (вязкостью) в диапазоне температур от

−70 до +100 °C;

•иметь термическую стабильность и не образовывать отложений (накипи) в системе охлаждения;

•не вызывать коррозии металлов и не разрушать резиновые детали;

•не вспениваться в процессе работы;

•быть дешевыми, безопасными в пожарном отношении;

•нейтральными в биологическом и экологическом отношениях.

Взависимости от температуры окружающего воздуха для охлаждения двигателей применяют различные жидкости. В теплое время года, когда температура воздуха выше 0 °C, возможно применение воды (желательно дистиллированной). При температуре ниже 0 °C в качестве охлаждающих жидкостей допустимо применять только жидкости, имеющие низкую температуру замерзания.

71

8.2. Применение воды как охлаждающей жидкости

Вода обладает наибольшей охлаждающей способностью:

•имеет самую высокую теплоемкость (4,19 кДж/(кг · °C));

•большую теплопроводность;

•небольшую вязкость (ν20 − 1 мм2/с);

•большую теплоту испарения;

•вода пожаробезопасна, не ядовита и дешева.

Однако вода обладает существенными недостатками:

•высокая температура замерзания (0 °C) со значительным увеличением объема (примерно на 10 %), что может вызвать разрушение (размораживание) системы охлаждения при температурах воздуха ниже 0 °C, так как при этом на стенки блока цилиндров действует давление до 2500 МПа;

•сравнительно низкая температура кипения, поэтому рабочая температура воды в открытой системе охлаждения не должна превышать 90 °C;

•интенсивное испарение при более высоких температурах;

•понижение температуры кипения в разреженной атмосфере, поэтому в горных районах с увеличением высоты допустимая предельная температура воды в радиаторе понижается;

•активное образование накипи в системах охлаждения, так как

вводе находятся минеральные примеси и растворимые соли. Теплопроводность накипи в 100 раз меньше, чем стали, поэтому стабильная накипь нарушает тепловой режим работы двигателя вплоть до перегрева и связанных с ним аварийных поломок.

Количество растворенных в воде солей определяет жесткость воды, поэтому мягкая вода образует меньше накипи. Мягкой является атмосферная вода – дождевая или снеговая.

Применение воды в системе охлаждения зимой усложняет эксплуатацию автомобилей. Приходится расходовать дополнительное количество топлива для периодического прогрева двигателя во время остановок, а также сливать воду из системы и снова заливать ее перед пуском двигателя.

8.3.Низкозамерзающие охлаждающие жидкости

Для охлаждения двигателей применяют низкозамерзающие жидкости под общим названием антифризы. Наибольшее распро-

72

странение имеют гликолевые низкозамерзающие жидкости, представляющие собой смеси этиленгликоля с водой. Реже встречаются жидкости, изготовленные на основе пропиленгликоля, смешивать которые с этиленгликолевыми нельзя.

Этиленгликоль – это двухатомный ядовитый спирт (CH2OH–

–CH2OH). На вид это маслянистая желтоватая жидкость без запаха, имеющая температуру кристаллизации −11,5 °C и кипения +197 °C. С водой этиленгликоль образует антифриз – эвтектический раствор, температура кристаллизации отдельных компонентов которого выше температуры кристаллизации эвтеклического раствора. Смешивая в различных пропорциях этиленгликоль с водой, можно получить смеси с температурой замерзания от 0° до −75 °C (при концентрации этиленгликоля около 66,7 %). Если увеличивать процент содержания этиленгликоля, температура кристаллизации смеси начнет повышаться.

Состав низкозамерзающих этиленгликолевых охлаждающих жидкостей определяют по их плотности с помощью ареометра либо гигрометра, у которого вместо шкалы плотности имеется двойная шкала, одновременно показывающая содержание этиленгликоля (в процентах) и температуру кристаллизации антифриза.

Если температура этиленгликолевого антифриза отличается от +20 °C, то замеренную плотность ρt приводят к температуре ρ +20 °C по формуле

ρ20 = ρt + γ(t −20),

где ρ20 – плотность антифриза при температуре +20 °C, г/см3; ρt – плотность антифриза при температуре замера, г/см3; t – температура антифриза в момент замера плотности, °C; γ – температурная поправка плотности этиленгликоля, которая на каждый градус равна

0,000525 г/см3.

В процессе эксплуатации плотность этиленгликолевого антифриза может меняться как в бóльшую, так и в меньшую сторону, что приводит к изменению температуры замерзания охлаждающей жидкости. Для приведения плотности антифриза к нормируемым показателям состав смеси корректируют путем добавления воды или этиленгликоля. Количество добавляемого компонента определяют по формулам:

73

• при добавлении воды Vв = Эф −Эн V ,

Эн

где Vэт и Vв – количество добавляемого компонента, соответственно, этиленгликоля или воды, л; V – объем смеси, подвергаемый коррекции, л; Вф – фактическое содержание воды в корректируемом составе антифриза, %; Вн – необходимое содержание воды в составе смеси антифриза с требуемыми эксплуатационными характеристиками, %; Эф – фактическое содержание этиленгликоля в корректируемом составе антифриза, %; Эн – необходимое содержание этиленгликоля в составе смеси антифриза с требуемыми эксплуатационными характеристиками, %.

При нагревании этиленгликоль и его водные растворы сильно расширяются. Для предотвращения выброса жидкости из системы охлаждения ее заполняют на 92…94 % от общего объема.

Этиленгликолевые смеси (антифризы) очень агрессивны к металлам и резине. Это вызывает необходимость применения соединительных шлангов из специальной резины. Для уменьшения агрессивности в состав антифризов вводят присадки. Антифриз с антикоррозионными и антипенными присадками получил название тосол. Получился концентрированный этиленгликоль с присадками декстрина и динатрийфосфата. Такие растворы в качестве низкозамерзающих жидкостей обеспечили более длительную работу двигателей без замены охлаждающей жидкости. Если антифриз заливали в систему охлаждения осенью на период осенне-зимней эксплуатации, а весной заменяли водой на период весенне-летней эксплуатации, то тосол заливают на два-три года. В дальнейшем его нужно сливать из системы охлаждения и заменять новым, так как присадки, находящиеся в нем, распадаются в процессе эксплуатации. Тосол обратно превращается в антифриз и на деталях системы охлаждения появляются коррозионные очаги, а резинотехнические изделия быстро изнашиваются.

Трехлетний срок службы тосола гарантирован только при поддержании в течение этого времени плотности антифриза не менее 1,075 г/см3. При снижении плотности нужно добавлять концентрат. Добавление в систему 1 л концентрата увеличивает срок службы тосола примерно на один год.

Таким образом, водные растворы этиленгликоля при низкой температуре в системе охлаждения образуют рыхлую массу, объем ко-

74

торой по сравнению с объемом жидкости увеличивается не более чем на 0,25 %, поэтому этиленгликолевые водные растворы в случае замерзания не разрушают систему, а находятся в ней в виде «кисельной» массы.

Контрольные вопросы

1.Каким требованиям должны удовлетворять охлаждающие жидкости, исходя из условий их применения?

2.Какой охлаждающей способностью обладает вода?

3.Какие существенные недостатки присущи воде как охлаждающей жидкости?

4.Что такое этиленгликоль?

5.В какой степени зависит температура антифриза от его плотности?

6.В чем заключаются недостатки антифризов?

7.Что такое охлаждающая жидкость тосол?

8.Какой срок службы у тосола как охлаждающей жидкости?

9.Почему этиленгликолевые низкозамерзающие жидкости при отрицательной температуре окружающего воздуха не увеличивают свой объем так, как вода? В чем заключается их физический смысл?

Глава 9 Тормозные жидкости

Чтобы замедлить скорость движения автомобиля и осуществить полную остановку с надежным его удержанием, нужна тормозная система, которая обеспечивает передачу механической энергии от педали тормозов к тормозным устройствам. Тормозная система состоит из тормозных механизмов и их привода, которые обеспечивают искусственное сопротивление вращению колес автомобиля.

Во многих моделях автомобилей тормозные усилия к колесным механизмам торможения (дискового или барабанного типа) передаются с помощью тормозной жидкости, которая служит рабочим телом в тормозной системе.

75

9.1. Эксплуатационные требования к тормозным жидкостям

Современные тормозные жидкости должны обеспечивать устойчивую и надежную работу тормозных систем автомобилей в различных климатических условиях их использования. Поэтому качество их должно соответствовать многим эксплуатационным требованиям, т. е. тормозные жидкости должны иметь:

•хорошие вязкостно-температурные свойства;

•высокую температуру кипения при поглощении влаги;

•хорошие смазывающие свойства;

•отсутствие склонности к образованию твердых частиц и сгустков во время их использования и хранения;

•высокие противокоррозионные и защитные свойства;

•совместимость с резиновыми уплотнительными манжетами;

•высокую стабильность при хранении, не выделять осадка и ядовитых испарений;

•отсутствие склонности к вспениванию и горючести;

•хорошую смешиваемость с другими жидкостями.

9.2.Виды тормозных жидкостей и их классификация

Все тормозные жидкости по своему составу делятся на минеральные, гликолевые и силиконовые.

Минеральные тормозные жидкости представляют собой различные смеси касторового масла и спирта в пропорции 1:1.

Например, смесь бутилового спирта (C4H3OH) и касторового масла – это красно-оранжевая жидкость «БСК» в соотношении 1:1. Или смесь 40 % этилового спирта (C2H5OH) и 60 % касторового масла – это жидкость «ЭСК». Такие жидкости обладают хорошими смазывающими и защитными свойствами, негигроскопичны, не агрессивны к лакокрасочным покрытиям. Однако в настоящее время они не соответствуют международным стандартам по основным показателям, так как у них низкая температура кипения и их нельзя применять в тормозных системах с дисковыми тормозами, а также при температуре −20 °C эти жидкости становятся очень вязкими и затрудняют работу тормозной системы. При температуре −40 °C они застывают. Этиловый спирт закипает при температуре +78 °C, а при высоких температурах он создает паровые пробки.

76

Минеральныетормозныежидкостинарастительнойосновенельзя смешивать с гликолевыми. Иначе возможно набухание резиновых манжет узлов гидропривода и образование сгустков касторового масла.

Гликолевые тормозные жидкости в качестве основы имеют полигликоли и их эфиры. Это группы химических соединений на основе многоатомных спиртов, например двухатомный спирт – этиленгликоль (CH2OH–CH2OН). У них высокая температура кипения, хорошие вязкостные и удовлетворительные смазывающие свойства.

Основным недостатком этих жидкостей является гигроскопичность, т. е. склонность поглощать воду из атмосферы. В результате появляется зависимость от влаги: чем больше в тормозной жидкости будет растворено воды, тем ниже будет ее температура кипения, вязкость при низкой температуре станет больше, смазываемость деталей будет хуже, а коррозия металлов возрастет.

Отечественные гликолевые жидкости: «Нева», «Томь», «Роса», ГТЖ-22М, а также жидкости импортного производства на гликолевой основе классов ДОТ3, ДОТ4 и ДОТ5.1 могут быть взаимозаменяемыми. Однако смешивать их друг с другом нежелательно, так как основные свойства при этом могут ухудшиться.

Может оказаться, что на старых автомобилях резина манжет в рабочих цилиндрах станет несовместимой с гликолевыми жидкостями. В этом случае необходимо использовать только минеральные тормозные жидкости или заменять все манжеты.

Силиконовые тормозные жидкости изготавливаются на основе кремнийорганических полимерных продуктов. Их вязкость мало зависит от температуры, они инертны к различным материалам, не адсорбируют влагу. Поэтому накопленная в тормозной жидкости вода всвободномсостояниипринагреваниидотемпературыболее100°C выпаривается, а при температуре ниже 0 °C замерзает, что препятствует нормальной работе тормозной системы. Если добавить в жидкость присадки, адсорбирующие влагу, то получится тормозная жидкость с хорошими смазывающими свойствами. Так была создана тормозная жидкость ДОТ5 на силиконовой основе. Эта жидкость работоспособна в диапазоне от −100 до +35 °C.

Жидкости, основанные на силиконе, несовместимы с другими тормозными. Например, силиконовые жидкости класса ДОТ5 следует отличать от полигликолевых ДОТ5.1, так как сходство наименований может привести к путанице.

77

Если сравнивать по качеству силиконовую ДОТ5 и гликолевую ДОТ5.1, то можно определить, что более высокотехнологичной является ДОТ5.1 с такими преимуществами, как:

•более высокая точка кипения (≈175…200 °C), что значительно выше, чем у гоночных тормозных жидкостей (≈145 °C);

•совместимость с любыми резиновыми деталями.

Таким образом, жидкости на базе минеральных масел не находят широкого применения. Их основной недостаток – высокая агрессивность к резине и большая вязкость при низких температурах.

Гликолевые тормозные жидкости имеют лучшие показатели по вязкостно-температурным свойствам и хорошо взаимодействуют

скасторовым маслом.

9.3.Эксплуатационные свойства тормозных жидкостей

Важнейшими эксплуатационными свойствами тормозных жидкостей являются:

•вязкостно-температурные свойства (температуры кипения свежей и увлажненной жидкости, а также ее вязкость);

•гигроскопичность;

•совместимость с другими жидкостями;

•стабильность физико-химических свойств;

•химическая инертность;

•смазывающие свойства;

•защитные противокоррозионные свойства;

•защитные свойства при воздействии на резиновые детали.

Температура кипения свежей жидкости характеризует величи-

ну сопротивления тепловым нагрузкам, которые возникают при работе тормозной системы.

Температура кипения увлажненной жидкости определяет мини-

мально допустимое значение установившейся температуры кипения в зависимости от находящейся в ней влаги (3,5 % от объема). Точка кипения при этом у тормозной жидкости снижается.

Вязкость показывает свойство тормозной жидкости прокачиваться по системе и определяется величинами потерь на внутреннее трение жидкости.

Гигроскопичность– это способность тормозной жидкости поглощать влагу из окружающей среды. Чем больше влаги будет растворено в жидкости, тем раньше она будет закипать.

78

Совместимость – это способность тормозной жидкости смешиваться с аналогичными жидкостями без вступления ее компонентов в химическую реакцию между собой. Если тормозные жидкости с разными основами окажутся несовместимыми друг с другом, то они начнут расслаиваться и выпадать в осадок.

Стабильность физико-химических свойств заключается в том,

что тормозные жидкости должны предотвращать расслоение, вспенивание и выпадение осадков при работе их в системах и при хранении. Кроме этого, они должны быть устойчивыми к воздействиям высоких температур и окислению кислородом воздуха, так как в нагретой жидкости этот процесс происходит быстрее. Образующиеся продукты окисления в жидкости будут разъедать металлические детали системы. Поэтому каждая тормозная жидкость должна обладать химической инертностью, т. е. не вступать в химические реакции с металлами и не оказывать на них сильного воздействия.

Защитные противокоррозионные свойства необходимы жидко-

сти для обеспечения недопустимости износа рабочих цилиндров, поршней, манжетвтормознойсистеме.Тормознаяжидкостьдолжна смазывать все рабочие поверхности деталей таким образом, чтобы не было ни малейших царапин, провоцирующих течь жидкости.

Защитные свойства при воздействии на резиновые детали. При значительном увеличении объема резиновых деталей их прочностные свойства существенно ухудшаются. Даже незначительные загрязнения гликолевых жидкостей минеральным маслом или растворителями приводят к увеличению объема резиновых изделий, а в дальнейшем и к разрушению резиновых уплотнений. Жидкость начнет протекать через образовавшиеся щели в уплотнениях, и вся тормозная система выйдет из строя.

Такимобразом,из-затормознойжидкостирезиновыеуплотнения недолжныразбухать,даватьусадку,терятьэластичностьипрочность.

9.4.Меры безопасности при обращении

стормозными жидкостями

При обращении с тормозными жидкостями необходимо выполнять строжайшие меры безопасности:

1. Хранить любую тормозную жидкость только в герметично закрытой емкости, чтобы у нее отсутствовал контакт с воздухом. Иначе она окисляется, набирает в себя влагу и испаряется.

79

2.Курить при работе с ними категорически запрещается, так как тормозныежидкостиявляютсягорючимиилегковоспламеняющимися.

3.Соблюдать особую предосторожность, так как тормозные жидкости ядовиты.

4.Не допускать, чтобы жидкость попадала на слизистые оболочки глаз, а тем более в пищевой тракт человека. При попадании нужно немедленно промыть желудок и глаза. В этих случаях необходимо срочно обратиться к врачу.

Таким образом, если тормозные жидкости имеют хорошие вязкостно-температурные свойства, высокую температуру кипения при поглощении влаги, хорошие смазывающие свойства, отсутствие склонности к образованию сгустков во время использования и хранения, высокие противокоррозионные и защитные свойства, совместимость с резиновыми уплотнениями и манжетами, высокую стабильность при хранении, то они при этом обеспечивают устойчивую

инадежную работу тормозных систем автомобилей в различных климатических условиях их хранения.

Контрольные вопросы

1.Что такое тормозная система автомобиля и какую роль выполняет в ней тормозная жидкость?

2.Какие эксплуатационные требования предъявляются к тормозным жидкостям?

3.Что собой представляют минеральные тормозные жидкости?

4.Что собой представляют гликолевые тормозные жидкости?

5.Что собой представляют силиконовые тормозные жидкости?

6.Какие эксплуатационные свойства тормозных жидкостей являются важнейшими?

7.Какие меры безопасности необходимо соблюдать при обращении с тормозными жидкостями?

Глава 10 Амортизаторные жидкости

В результате деформации рессор и пружин подвески при движении автомобиля возникают поперечные колебания рамы или кузо-

80